袁英爽

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

1 概述

近年來，隨著高速公路網(wǎng)不斷向山區(qū)延伸，山區(qū)隧道也越來越多。由于隧道洞口位置選擇的不合理導(dǎo)致施工期間的坍塌、開裂，在近年來高速公路隧道修建工程中成為了施工處理最主要的問題之一，而且運(yùn)營過程中由于隧道洞口線形的一致性不滿足規(guī)范要求而導(dǎo)致洞口事故頻發(fā)的案例也屢見不鮮。因此，選擇合理的隧道位置及設(shè)計(jì)合理的隧道洞身及洞口線形，不但利于施工和運(yùn)營安全，同時有利于自然環(huán)境的協(xié)調(diào)和保護(hù)。

2 公路隧道洞口選線的原則［5，7］

隧道洞口位置的確定應(yīng)遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則，注意邊坡及仰坡的穩(wěn)定。應(yīng)與周圍自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，隧道洞口應(yīng)避開居民點(diǎn)，當(dāng)不能避開時，應(yīng)考慮施工爆破對人身及房屋等設(shè)施的影響和采取環(huán)境保護(hù)措施。隧道洞口位置的選擇應(yīng)與隧道前后構(gòu)造物協(xié)調(diào)。在橋隧緊接的情況下，應(yīng)綜合考慮洞口與橋跨布局、結(jié)構(gòu)處理的整體性，避免橋隧工程施工相互干擾。

隧道洞口的選擇主要受地形和地質(zhì)條件控制:

①隧道洞口的中線宜與地形等高線接近垂直。條件困難時，宜以大角度斜交進(jìn)洞，避免與等高線平行進(jìn)洞。

②隧道洞口應(yīng)選擇在山坡穩(wěn)定、地質(zhì)條件較好處，不應(yīng)設(shè)置在偏壓很大及嚴(yán)重不良地質(zhì)地段。溝谷和山凹往往是地表水和地下水的匯集之處，地質(zhì)構(gòu)造也多較為軟弱破碎，洞口位置應(yīng)避開溝谷和山凹的中心，盡量在凸出的山坡附近進(jìn)洞。當(dāng)溝底高程較高或上跨其他構(gòu)造物時，應(yīng)對地表徑流作妥善處置，并加強(qiáng)洞口段的防水和排水措施。

③層面不穩(wěn)定的巖層，開挖后容易引起順層滑動或坍塌的地段，宜提早進(jìn)洞。當(dāng)隧道避開堆積層進(jìn)洞有困難時，不宜采用清方的辦法縮短洞口。應(yīng)維護(hù)山體的穩(wěn)定和洞口施工的安全，采取接長明洞或采用洞口大管棚及洞口地表注漿加固等工程措施。圖1為隧道洞口基本與等高線垂直的情況。

3 洞口選線實(shí)例

很多情況下，受地形及其他因素的影響，隧道洞口難以避免在溝谷出洞時，應(yīng)采用接長明洞的方式，避免洞口開挖較大，誘發(fā)滑坡，同時做好排水防護(hù)。圖2為沿溝心出洞的洞口處理照片。

3.1 隧道沿溝谷出洞的處理措施

山西某高速公路，終點(diǎn)設(shè)置隧道，隧道出口緊接已經(jīng)實(shí)施的樞紐互通，路線位置調(diào)整空間很小，隧道沿溝谷出洞。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，經(jīng)過方案比選，隧道出口采用明洞接長及洞口開挖及防護(hù)措施，同時做好洞口排水，最終確定如圖3、圖4所示位置。

圖1 基本與等高線垂直進(jìn)洞的隧道

圖2 沿溝心出洞的洞口處理

圖3 溝心出洞平面線形

圖4 溝心出洞縱斷面線形

3.2 分離式隧道洞口位置的設(shè)置

受地形條件控制時，洞口位置可以靈活選擇，分離式隧道左右幅洞口位置可以根據(jù)地形、地質(zhì)條件，拉大或縮小洞口間距，采用不平行布線方式。圖5所示隧道為山西某高速公路為爭取有利洞口位置而采取了拉大洞口間距的處理方式。

圖5 拉大洞口間距的隧道洞口平面線形

4 隧道洞口平面線形設(shè)計(jì)原則

4.1 規(guī)范對于洞口線形的要求［7］

(1)隧道洞口內(nèi)外各3 s設(shè)計(jì)速度行程長度范圍的平面線形應(yīng)保持一致。

平面線形一致是指洞口內(nèi)外處于同一個直線或圓曲線內(nèi)。

緩和曲線內(nèi)曲率不斷變化，不應(yīng)視為線形一致。

當(dāng)處于下列兩種情況下時，洞內(nèi)外接線可采用緩和曲線或緩和曲線與圓曲線組合線形，但應(yīng)在洞口內(nèi)外線形誘導(dǎo)和光過渡等方面采取措施，保證行車安全:

①路線平縱線形指標(biāo)較高(平曲線半徑大于規(guī)范規(guī)定的一般平曲線半徑最小值的2倍，縱斷面最大縱坡小于2%)，行車視距大于停車視距規(guī)定值2倍以上，且調(diào)整后工程規(guī)模增加較大時。

②隧道群之間每個洞口線形均采用理想線形有困難，在平面指標(biāo)較高、處于上坡進(jìn)洞，且行車視距滿足要求時。

(2)隧道入洞前一定距離內(nèi)，應(yīng)設(shè)置必要的安全設(shè)施和視線誘導(dǎo)標(biāo)志，保證隧道洞外連接線形均衡過渡。

隧道進(jìn)出洞口縱坡較大時，不應(yīng)在洞口設(shè)置小半徑平曲線。

雙洞隧道平面分線應(yīng)在保證出洞方向線形較順暢的前提下，靈活選擇進(jìn)洞方向的平面分離點(diǎn)，進(jìn)洞方向的平面指標(biāo)不必過高，分離式斷面長度不宜過長。

4.2 對規(guī)范的理解及某高速公路隧道出洞洞口設(shè)置實(shí)例

圖6為山西某高速公路出洞洞口的平面線形設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度為80 km/h，將緩和曲線放入洞內(nèi)，洞口位于平曲線范圍，圓曲線在洞口內(nèi)外均大于3 s設(shè)計(jì)速度距離(67m)，洞口線形一致。

圖6 滿足規(guī)范的洞口設(shè)置

由于洞口光線的強(qiáng)烈變化及公路寬度和行車環(huán)境的改變，洞口是事故多發(fā)地段。要求洞口線形一致其根本是為了保證行車安全。洞口范圍線形一致在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中最根本的是要避免線形的突變。突變主要指:①隧道洞口前后平面指標(biāo)高，縱坡為大縱坡，而洞口為小半徑平曲線和豎曲線;或者洞外指標(biāo)低，而洞內(nèi)指標(biāo)高。②隧道洞口如采用緩和曲線時，超高漸變率過急。

因此，控制洞口線形設(shè)計(jì)就是要從設(shè)計(jì)上避免這種不安全的因素，在路線選線和進(jìn)行平面設(shè)計(jì)時要盡量做到線形一致，受條件控制，無法避免采用緩和曲線段時，要避免突變。

5 隧道洞口縱斷面線形設(shè)計(jì)原則

隧道洞口內(nèi)外各3 s設(shè)計(jì)速度行程范圍的縱斷面線形應(yīng)盡量保持一致，有條件時宜取5 s設(shè)計(jì)速度行程［5］。

隧道洞口的縱坡，宜設(shè)置一定長度的直坡段，以使駕乘人員有較好的行車視距。當(dāng)條件困難不能滿足上述要求時，應(yīng)采用較大的豎曲線半徑，當(dāng)隧道設(shè)計(jì)速度大于等于60 km/h時，隧道洞口豎曲線半徑應(yīng)滿足視覺所需的最小豎曲線半徑［7］。圖7為隧道洞口設(shè)置滿足視距要求的豎曲線。

圖7 隧道洞口設(shè)置滿足視距要求的豎曲線

6 隧道洞內(nèi)線形

6.1 規(guī)范規(guī)定的隧道平面線形設(shè)計(jì)原則［7］

隧道平面線形應(yīng)綜合考慮地形地質(zhì)條件、洞口接線、隧道通風(fēng)、車輛運(yùn)行安全和施工條件等因素，并與隧道自身建設(shè)條件及連接區(qū)間的公路整體線形協(xié)調(diào)一致而選定。

特長隧道宜采用直線形。高速公路、一級公路的長、中隧道及各等級公路的短隧道的平面線形應(yīng)服從路線布設(shè)的需要，且宜采用直線或較大半徑的曲線。中短隧道的平面線形宜同洞外路線線形，不應(yīng)在隧道內(nèi)出現(xiàn)過大超高。

應(yīng)保證高等級公路隧道內(nèi)車輛行車安全和行車舒適性。隧道設(shè)計(jì)速度大于或等于80 km/h時，隧道內(nèi)平曲線最小半徑不宜小于8倍行車速度;當(dāng)隧道設(shè)計(jì)速度小于80 km/h時，隧道內(nèi)平曲線半徑不宜小于10倍行車速度。

隧道內(nèi)不宜采用S形曲線，受條件限制采用時S形曲線半徑之比以小于等于2為宜。

6.2 對規(guī)范的理解和應(yīng)用

在進(jìn)行隧道線形設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)人員一般更傾向于設(shè)置直線隧道，認(rèn)為其行車更為順暢、施工更方便。在運(yùn)營過程中曲線隧道有助于駕駛員控制洞內(nèi)車速，提高注意力，并能更好地解決光過渡和眼睛適應(yīng)問題，建議隧道洞口以多采用曲線線形為好(如圖8、圖9所示)。

圖8 修改前的S形隧道線形

圖9 修改后在洞口段設(shè)置曲線的隧道線形

長大隧道洞內(nèi)線形以采用直線為好，S線形對施工條件、通風(fēng)等要求高，同時不應(yīng)采用較大的超高。

6.3 隧道縱斷面線形

(1)規(guī)范規(guī)定的縱斷面設(shè)計(jì)原則［7］

隧道縱斷面線形，應(yīng)以行車安全、排水、通風(fēng)、防災(zāi)為基礎(chǔ)，并根據(jù)施工期間的排水、出渣、材料運(yùn)輸?shù)纫蟠_定。隧道內(nèi)應(yīng)盡量設(shè)置緩坡，但隧道內(nèi)最小縱坡不應(yīng)小于0.3%。

特長、長隧道縱坡宜控制在2.5%以下，中短隧道最大縱坡宜控制在3%以下。中短隧道受地形等條件限制時，應(yīng)綜合權(quán)衡隧道后期運(yùn)營與工程建設(shè)費(fèi)用，采用一定措施提高隧道行車安全性后，最大縱坡可適當(dāng)加大到4%;在特別困難的條件下，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，最大縱坡還可加大至5%。短于100m的隧道，隧道縱坡可與隧道外路線的縱坡相同。

隧道內(nèi)宜采用單向坡。地下水發(fā)育的長隧道、特長隧道可采用雙向人字坡。隧道內(nèi)縱坡變化處應(yīng)設(shè)置大半徑豎曲線平緩過渡，以保證駕駛員有足夠的視線。

(2)對規(guī)范的理解

這里采用單向坡主要考慮路線在條件允許時，沒必要損失高程，給車輛運(yùn)行造成不必要的能量損失，但如果為了與平面線形更合理地配合或考慮通風(fēng)、防排水等可采用雙向人字坡。

洞口變坡盡量放在洞外(見圖10)，并滿足3 s設(shè)計(jì)速度距離，并設(shè)置滿足視距要求的大半徑豎曲線，以保證洞口內(nèi)外行車安全。

7 結(jié)論

近年來隧道洞口事故率的增加，使得人們對隧道洞口位置及線形設(shè)計(jì)引起越來越多的關(guān)注和研究，注重自然環(huán)境的保護(hù)、保證隧道洞口施工及運(yùn)營安全在公路尤其高速公路設(shè)計(jì)過程中是一項(xiàng)非常重要的工作，避免隧道洞口線形的突變，保持洞口線形的一致性，保證視距要求是隧道洞口線形設(shè)計(jì)的最核心的要點(diǎn)。同時，隧道及洞口線形設(shè)計(jì)又是一項(xiàng)綜合性的工作，應(yīng)以安全為原則，綜合考慮路線線形、地質(zhì)條件、防水排水、消防通風(fēng)、施工條件等因素，確定合理的隧道洞口位置和線形。

圖10 洞口外設(shè)置變坡點(diǎn)及滿足視距的豎曲線

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